脚手架稳定承载力影响因素分析.doc

扣件式钢管脚手架是采用普通碳素钢管（或低合金钢管）和多种扣件连接形成的，为建筑施工而搭设的上料、堆料及施工作业用的临时性结构架。因其具有搭拆方便、施工快捷、承载力大和较为经济等优点，目前，在我国建筑工程施工中使用最为广泛。然而，由于设计、施工、材质、管理等方面的原因，使得架体在搭设、使用或拆除过程，造成的坍塌事故时有发生。因此，找出影响扣件式钢管脚手架稳定承载力的影响因素，并对这些因素进行分析评价，具有积极的现实意义。1 组成因素分析扣件式钢管脚手架是由立杆、大横杆、小横杆、剪刀撑、斜撑及扣件组成的临时性附着式结构，主要承受结构自重（包括立杆、水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件自重）、构、配件自重（包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重）、施工荷载和风荷载作用。当作业层铺设竹笆脚手板时，竖向荷载先由脚手板传递到大横杆，再由大横杆传递到小横杆，然后由小横杆通过直角扣件传递到立杆，最后由立杆传递到基础。剪刀撑、横向斜杆和连墙件主要是保证脚手架的整体稳定性和刚度。扣件式钢管脚手架的组成杆件较多，不同类型的杆件受力也大不相同，结构在搭设过程中受人为因素影响很大，同样多的杆件搭设方式不同，对结构的承载力影响也不同。因此，扣件式钢管脚手架组成因素的多样性决定了受力特征的复杂性。2 结构模型分析扣件式钢管脚手架从结构力学角度分析，最重要的问题是如何看待结构的节点问题（即横、竖和斜杆扣件的连接点）。而不同的节点假设形成了不同的计算方法，目前常用的结构模型计算方法主要有：2.1 刚接计算法假设脚手架横杆和立杆节点为刚接，整体为无侧移多层刚架，该方法计算所得的失稳模态与试验结果完全一致，且计算值与试验值有相同的规律，但是计算结果在数值上较实验结果为大。2.2 半刚性节点计算法假设脚手架是由纵、横向水平杆组成的多层多跨空间框架结构，节点由于采用扣件连接而具有半刚性。该方法比较符合扣件连接的实际特征，但无整体结构的计算简图，也缺乏半刚性假设的物理或力学意义。2.3 铰接计算法假定扣件的连接点为铰接点，把空间体系转化为平面体系计算，并认为横杆在体系中是不受力的，只是起到了减少立杆有效长度的作用。该方法计算简便，理论分析较为成熟，使用最为普遍。2.4 有限元计算法假设立杆与立杆、纵向水平杆与纵向水平杆的节点为刚节点，其它节点为铰节点，对无连墙件的立杆，假想为弹性支座并对之进行有限元分析。该方法由于采用电算法，实用性方面相对较差。不同的计算方法得出的稳定承载力也会不同，本文分析扣件式钢管脚手架稳定承载力的影响因素时，以铰接计算法为理论依据。3 主要影响因素分析扣件式钢管脚手架作为一种临时结构，受到多种因素的影响，该体系有两种可能的失稳形式：整体失稳和局部失稳。整体失稳破坏时，脚手架呈现出内、外立杆与横向水平杆组成的横向框架，沿垂直主体结构方向大波鼓曲现象，波长大于步距，并与连墙件的竖向间距有关，整体失稳是脚手架的主要破坏形式。局部失稳破坏时，立杆在步距之间发生小波鼓曲，波长与步距相近。在荷载一定的情况下，扣件式钢管脚手架的稳定承载力主要受以下因素影响：3.1 材质扣件式钢管脚手架的主要材料是钢管和扣件，这些材料是否符合质量标准和设计要求，将直接影响架体的稳定承载力。钢管由于经过多次周转使用，容易产生变形、弯曲，许多钢管的管端经多次切割，端面严重不平整，立杆对接部位会出现初弯曲，这些初始缺陷会显著降低立杆的稳定承载力。市场流通的483.5的钢管，由于锈蚀或者产品本身不合格等原因，实际壁厚往往只有2.83.0mm，设计时若未考虑钢管截面积的减小，仍按3.5mm计算，会使得立杆的稳定承载力降低1927%。另外，扣件裂纹、螺栓滑丝(拧不紧)或扣件质量不合格等原因也会显著降低架体的稳定承载力。3.2 步距步距对脚手架的稳定承载力影响非常大，脚手架极限荷载随步距的加大而降低。当步距由1.2m扩大到1.8m时，结构的极限荷载下降25左右。若按照公式NAf计算单根立杆的稳定承载力时，步距由1.2m扩大到1.8m，立杆的稳定承载力下降幅度超过了50。因此，在进行脚手架设计及施工时，应特别注意对步距的控制。3.3 连墙件连墙件主要承受脚手架平面外变形所产生的轴向力和施工荷载偏心作用所产生的水平力，脚手架整体失稳时，破坏首先发生在无连墙件、横向刚度较差或初始弯曲较大的部位。脚手架坍塌事故，多数都是由于连墙件设置不足或连墙件被拆除而未及时补救引起的。同时,连墙件还可以作为立杆的中间约束，影响立杆的计算长度（立杆计算长度L0=kµ，其中，µ与连墙件布置方式有关）。当连墙件竖向间距由3.6m扩大到7.2m时，承载力降低30左右；连墙件水平间距的增大也会使结构承载力降低，但影响幅度不大；连墙件竖向及水平间距采用花排方式较并排方式可提高承载能力11.06。因此，连墙件是保证脚手架整体稳定的关键因素，竖向间距一般不应超过3.6m。另外，连墙件与建筑物的连接质量也直接影响脚手架的承载力，如果连墙件不够牢固，将使立杆的长细比加大，从而降低架体的稳定承载力。3.4 剪刀撑及横向斜撑剪刀撑可以加强脚手架结构的整体刚度和空间作用，将整个结构纵向平面连成几何不变体系，以保证架体的稳定性，同时也能提高立杆的稳定承载力。在其他条件相同时，设有剪刀撑的立杆比不设剪刀撑的立杆承载力提高10左右。由于纵向剪刀撑斜杆较长，如不将其固定在与之相交的立杆或横向水平杆的伸出端上，斜杆将由于刚度不足而先失去稳定性。为此在设计及施工时，必须注意纵向剪刀撑斜杆的长细比不得超过250。横向斜撑可以提高脚手架的横向刚度，并能显著提高脚手架的稳定承载力，设置横向支撑较不设置时，临界荷载可提高15%左右。对于一字型脚手架，两端有横向斜撑（之字形），外侧有剪刀撑时，脚手架的承载力比不设的提高20左右，而施工过程中缺少剪刀撑及横向斜撑是脚手架丧失稳定承载力的致命伤害。3.5 扣件螺栓扭力矩扣件螺栓扭力矩与脚手架节点刚度紧密相关，在一定扭力矩范围内(4060Nm)，扭力矩愈大，脚手架节点刚度愈大，承载能力也相应得到提高。当扣件螺栓扭力矩较低时，脚手架抗侧移刚度也较低,，螺栓扭力矩30Nm比50Nm的脚手架临界荷载力低20左右。但当扭力矩达到50Nm时，再增加扣件螺栓的扭力矩对脚手架的稳定承载力影响不大。目前，规范规定对接扣件抗滑承载力为3.2kN，直角及旋转扣件抗滑承载力为8kN，若扣件螺栓扭力矩达不到4065Nm时，脚手架即使达不到临界承载力，也可能由于扣件的滑移而使整个结构破坏。3.6 立杆纵横向间距纵横向水平杆和立杆共同组成了脚手架框架体系，以保持整个结构的稳定性。但随着立杆纵横向间距的增大，纵横杆对相邻立杆的约束作用降低，脚手架临界荷载逐渐降低。当立杆横距由1.2m增大到1.5m时，临界荷载力降低10左右。立杆纵距变大也会使脚手架临界承载力降低，但降低幅度不大。3.7 其他纵横向扫地杆能够减小立杆计算长度，约束立杆位移，增强底层立杆稳定性，而底层立杆的稳定性直接影响着整个架体的稳定性。因此，减少或不设置扫地杆时，架体的稳定承载力将大大降低。此外，脚手架搭设人员的专业技术水平、搭设工序、立杆垂直度、荷载偏心作用、立杆搭接、立杆悬空或立杆基础下沉等因素也会影响架体的稳定承载力。4 结语扣件式钢管脚手架横向刚度相对较差，结构破坏形式一般是整体横向失稳破坏，稳定承载力由其整体稳定条